하는 6 0～7 0 %가 지력질소에 유래하므로 지력질소의 다소는 토양생산력을 결정하는 중요한 요인이라 할 수 있다(Ikata, 1997). 호남지역 논토양 중 지력질소인 유기물함량은 ' 9 5년에 23 g ㎏- 1에서 ' 9 9년은 21 g ㎏- 1 로, 유효인산함량은 123 mg ㎏- 1에서 102 mg ㎏- 1로 점차 감소되고 있다(NHAES, 1995, NIAST, 1999)).
이와 같은 원인은 부산물인 볏짚 등의 유기물 자원이 토양으로 환원되지 못하고 있다. 볏짚의 경우 사료로 이용되기도 하고 보릿짚의 경우 트랙터의 로터리 작 업불편과 기계이앙시 뜬묘 발생의 이유로 인한 소각 및 제거하는 농가가 증가되어 토양으로 환원되는 유 기물은 벼 및 보리의 그루터기에 불과하여 이로 인한 지력의 감소와 함께 쌀 생산의 불안정과 양질미 생산 에 불리한 것으로 판단된다.
현재 국내에서 양질의 부산물퇴비 생산량은 1 9 9 7년 도에 1 , 4 2 7천 M g에서 2 0 0 1년도에는 1 , 8 2 4천 M g로 증 가하고 있으나(RDA, 2002) 그 효과는 확실하지 않고 이용도도 한정되어 있다. 특히 수도작에서는 거의 시 용되지 않고 있어 이들 퇴비와 화학비료대체 이용기 술에 대한 연구가 필요하다고 생각된다. 따라서 본 연 구는 부산물퇴비와 화학비료 혼용에 따른 토양의 이 화학성 변화에 미치는 영향을 구명하여 지속적인 쌀 안정생산기술을 확립하고자 함에 있다.
재료 및 방법
본 시험은 벼 재배시 팽화왕겨에 의한 화학비료 대 체 시험을 2년간( 2 0 0 2～2003) 호남농업연구소 수도재 배 포장인 전북통(Jeonbug series, fine silty, mixed, nonacid, mesic family of Fluvaquentic Endoaquepts) 에서 실시하였다. 사용된 팽화왕겨퇴비의 화학성은 Table 1과 같다.
공시품종은 동진 1호로 하였으며, 35일간 육묘한 중 묘를 5월 2 4일～5월 2 6일에 주당 6본씩 m2당 2 6주를 기계이앙 하였다. 공시 팽화왕겨퇴비는 혼합퇴비가 아닌 한 종류의 퇴비를 전문적으로 제조 판매하는 부 안 계화농협에서 구입하여 사용하였다. 처리내용 및 시비량은 질소비료 시비량을 기준으로 하여 퇴비를 시비하였으며, 처리구는 ①표준시비 ②팽화왕겨퇴비 30% 질소대체+수비요소 40% ③팽화왕겨퇴비 4 0 % 질소대체+수비요소 30% ④팽화왕겨퇴비 5 0 %질소대 체+수비요소 20% ⑤질소무시용구를 두어 단구제 3
반복으로 조사・분석하였다(Table 2). 팽화왕겨퇴비에 의한 질소대체량은 공시퇴비를 실내 항온조건( 2 5℃) 에서 약 1 8주 실시하여 누적질소무기화율( X1)을 구한 후 질소대체 퇴비시용량( X2)을 산출하였다(식 1, 2).
산출된 팽화왕겨 시용량을 기비로 시용하였으며 전층 시비를 행하였다.
표준시비량은( N - P2O5- K2O) = 11-4.5-5.7 kg 10a- 1 로 하여 질소는 요소로 기비-분얼비-수비= 5 0 - 3 0 - 20%, 인산은 4.5 kg 10a- 1를 용성인비로 전량기비 시 용하였고, 칼리는 5.7 kg 10a- 1를 염화칼리로 기비 70%, 수비 3 0 %로 분시하였으며, 수비 3 0 %는 출수 2 0일 전에 시용하였다.
누적질소 무기화율 ( X1) = 부산물퇴비질소( T - N ) 성분량( g / k g )×부산물퇴비 N무기화율(%)/100
--- 식( 1 ) 질소대체 퇴비시용량 ( X2),kg/10a)
= 10a당 질소대체량( g / k g ) / X1 --- 식( 2 ) 토양 및 식물체의 총질소는 K j e l d a h l법으로 분석하 였고, 일반성분 분석은 토양화학분석법(NIAST, 2000) 에 준하였다. 볏짚과 곡실의 시비질소 흡수량은 건물 중×재식거리×T - N함량으로 계산하여 질소시용구에 서 질소무시용구를 감하여 산출하였다. 토양물리성 중 토양 3상, 공극률 및 용적밀도는 C o r e법, 토양경도 는 S R - 2형 토양관입저항기(CSPPMM, 1982)로 측정 하였다. 토양물리성 및 화학성은 2 0 0 3년도 벼 수확 후 토양을 분석하였으며 N H4- N의 경우는 벼의 생육 시 기별로 토양을 채취하여 분석하였다.
결과 및 고찰
토양물리성 변화 벼 재배시 화학비료 대체를 위 한 팽화왕겨퇴비를 2년 동안 시용한 후 각 처리별로 조사한 토양물리성은 Table 3과 같다. 작토심은 표준 시비에 비해 모두 깊어졌으며 그 정도는 팽화왕겨퇴 비 시용량이 증가할수록 깊어졌다. 이와 같이 팽화왕 겨퇴비 시용은 최근 대형농기계 사용으로 인한 작토 의 천층화 및 토양 경도의 증가 등의 토양 물리성의 악화를 방지하고, 작토심의 증가와 양분의 유효도의 저하를 다소 방지할 수 있으리라 생각된다. 아울러 C / N율이 높은 팽화왕겨 및 톱밥을 부재료로 사용한 부산물퇴비를 시용할 경우 난분해성 유기질입자가 토
T - C
--- % ---
4 1 . 4 1 . 1 7 0 . 1 1 0 . 6 2 0 . 6 5 0 . 1 7 0 . 2 0 3 5 . 4
C / N M g O
C a O K
2O
P
2O
5N a
2O T - N
Table. 1 The composition of popped rice hull compost.
양입자와 혼합되므로 대형농기계 사용으로 인한 토양 다짐 현상에 있어서 스프링과 같은 역할을 하므로 토 양물리성이 불량한 미사질양토 내지 미사질식양토의 하해혼성충적층의 논토양에서 시용효과가 클 것으로 생각된다.
토양경도는 표준시비에 비하여 팽화왕겨 시용으로 낮아졌으며 그 효과는 표토보다 심토에서 더 효율이 좋았다. 특히 팽화왕겨퇴비 5 0 %를 기비로 시용한 구 에서 가장 좋은 효과를 나타내었다. 유기물 시용이 토 양 물리성 개선에 효과가 있음을 많은 연구자들이 보 고하고 있다. Yoo et al.(1998)의 연구에 따르면 볏짚 과 볏짚퇴비를 장기연용 할 경우 용적밀도가 낮아지 고 그 정도는 볏짚시용구에서 효과적이었으며 토양의 3상비 중 고상률이 낮아지고 액상율과 기상율의 비는
증가되었으며 볏짚 퇴비시용구에서 액상률, 볏짚시용 구에서 기상률이 크게 증가하였다고 보고하였다. 그 리고 답토양에서 유기물을 장기연용 할 경우 퇴비보 다는 볏짚의 효과가 크다는 보고가 있다(Oh, 1983).
토양의 경도가 16 mm(3.49 kg cm- 2)이상이면 개량기 술 대책이 있어야 하고 21 mm(7.32 kg cm- 2)이상이 면 근본적인 개량대책이 필요하다고 보고되어졌으며 (Takisima et al., 1969), 우리나라의 하해혼성충적층 논의 작토층 하부( 1 2～30 cm)에는 2 3～25 mm의 경 도를 나타내기 때문에(Cho et al., 1979) 이에 대한 개 량대책이 필요한 실정으로 오래전부터 하해혼성충적 층 논토양의 토양물리성 개량을 위하여 심경, 유기물 시용 그리고 배수개선 등이 주요 쟁점사항으로 대두 되어 왔다. 따라서 토양경도의 감소뿐만 아니라 용적
I t e m
N
P
2O
5K
2O
Compost nitrogen was only used at basal fertilization and urea was used at tillering and panicle initiation stage
‡
PRHC ; Popped rice hull compost (Total nitrogen : 1.17%, Nitrogen mineralization rate : 33.5%)
Panicle formation stage Tillering
s t a g e B a s a l
--- kg ha
- 1- - - - T r e a t m e n t
Standard
Compost nitrogen 30% + Urea 40%
Compost nitrogen 40% + Urea 30%
Compost nitrogen 50% + Urea 20%
Without nitrogen Standard
Compost nitrogen 30% + Urea 40%
Compost nitrogen 40% + Urea 30%
Compost nitrogen 50% + Urea 20%
Without nitrogen Standard
Compost nitrogen 30% + Urea 40%
Compost nitrogen 40% + Urea 30%
Compost nitrogen 50% + Urea 20%
Without nitrogen
5 5 P R H C
‡8400(N 33) PRHC 11,200(N 44) PRHC 13,990(N 55)
0 3 0
PRHC (P2O5 52.1) + 30 PRHC(P2O5 69.4) + 30 PRHC(P2O5 86.7) + 30
3 0 2 1 PRHC(K2O 54.6) + 21 PRHC(K2O 72.8) + 21 PRHC(K2O 90.9) + 21
2 1
3 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
2 2 4 4 3 3 2 2 0 0 0 0 0 0 9 9 9 9 9 Table 2. Application amounts of chemical fertilizer and popped rice hull compost in each treatment.
T r e a t m e n t
S t a n d a r d F e r t i l z a t i o n PRHC 30%+
Urea 40%
PRHC 40%+
Urea 30%
PRHC 50%+
Urea 20%
1 2 . 5
1 4 . 9
1 5 . 8
1 6 . 2
1 5 . 5 ( 2 1 . 9 )
1 3 . 8 ( 2 0 . 5 )
1 3 . 9 ( 2 0 . 3 )
1 3 . 2 ( 2 0 . 2 )
1 . 1 0 ( 1 . 3 8 )
1 . 1 5 ( 1 . 2 9 )
1 . 0 9 ( 1 . 2 2 )
1 . 0 2 ( 1 . 2 2 )
5 8 . 4 ( 4 8 . 1 )
5 6 . 8 ( 4 7 . 4 )
5 8 . 8 ( 5 4 . 0 )
6 1 . 4 ( 5 0 . 1 )
4 1 . 6 ( 5 1 . 9 )
4 3 . 2 ( 5 2 . 6 )
4 1 . 2 ( 4 6 . 0 )
3 8 . 6 ( 4 9 . 9 )
4 3 . 5 ( 4 4 . 4 )
3 8 . 0 ( 4 0 . 3 )
4 3 . 0 ( 4 5 . 7 )
3 9 . 3 ( 4 5 . 7 )
1 4 . 9 ( 3 . 7 ) 1 8 . 8 ( 7 . 1 ) 1 5 . 8 ( 8 . 3 ) 2 2 . 1 ( 4 . 4 ) G a s e o u s L i q u i d
S o l i d
Three phases P o r o s i t y
Bulk d e n s i t y H a r d n e s s
Surface soil d e p t h
c m
( ) : Subsoil
m m g cm
- 3--- % ---
Table 3. The change of physical properties by application of PRHC in fluvio-marine plain paddy soil.
밀도와 고상률이 낮아지고 공극률이 증가하는 등 팽 화왕겨퇴비에 의한 화학비료 대체시 토양물리성 개선 효과가 뚜렷하므로 팽화왕겨의 시용이 논토양 개량의 대안 중 하나로 볼 수 있다.
토양화학성 변화 팽화왕겨퇴비를 2년간 시용한 후 토양화학성 변화를 보면 Table 4와 같았다. pH는 표준시비에 비하여 팽화왕겨퇴비 시비에서 낮아졌으 며 그 정도는 팽화왕겨퇴비 대체 시용량과 반비례하 였다. 이와 같이 팽화왕겨퇴비 시용시 p H가 낮아지는 것은 퇴비의 분해시 생성되는 유기산 생성에 의한 현 상으로 생각된다(Shin et al., 1975). 유기물 함량은 표 준시비에 비해 팽화왕겨퇴비 시비구에서 증가하였으 며 특히 4 0 %시용구에서 가장 많이 증가하였다. 유효 인산함량과 규산함량도 팽화왕겨퇴비 시용구에서 표 준시비에 비해 모두 증가하였으며 퇴비 시용량이 많 을수록 증가정도가 컸다. 이와 같이 유효 인산과 규산 함량의 점진적 증가는 팽화왕겨퇴비 중 포함된 인산, 규산함량 등의 양분이(Kwun et a.l, 1984) 집적되었기 때문으로 생각된다. 칼륨, 칼슘 마그네슘 등의 토양 중 치환성 염기 함량은 증가하였고 그 정도는 팽화왕 겨퇴비 시용량이 많을수록 증가하였다. 여러 유기물 시용 연구에 따르면 식토와 사질습답에서의 유기물시 용은 토양 중 치환성염기 함량을 감소시켰고 ( O h , 1966), 세사양토, 미사질양토 및 식양토에서는 치환성 염기가 증가한 것으로 보고(Shin et al., 1975;
Yamane et al., 1970)되었다. 이로 볼 때 치환성 염기 의 증감은 토양모재 등 토양환경에 따라 상이함을 알 수 있으며 본 연구에서 행하여진 전북통의 토성은 미 사질 양토로써 이전 보고와 같이 팽화왕겨퇴비의 처 리에 의해 치환성 염기가 증가하였다. 양이온치환용 량도 표준시비에 비해 팽화왕겨퇴비의 시용에서 증가 되었으며, 양이온치환용양의 증가는 유기물 함량의 증가에 의한 것으로 생각된다. Yamashita(1967)는 퇴 비의 연용에 의한 양이온치환용량의 증대는 대부분이
유기물함량의 증가에 의존하고 있다고 하였으며, 권 등, 여러 학자들(Shin et al., 1975; Yamane et al., 1 9 7 0 )은 퇴비시용시 볏짚시용보다 근소하게 증가함을 보고하였으며, Oh(1978)는 양이온치환용량은 부식함 량이 1％ 증가에 따라 약 2.3 cmolc ㎏- 1 증가한다고 보고하였다. 이러한 결과들을 볼 때 하해혼성충적층 의 논토양의 지력증진을 위해서는 부산물퇴비 등의 유기질 비료의 시용이 매우 중요함을 알 수 있다.
토양 중 N H4- N의 용출양상 주요 생육시기별 토양 중 N H4-N 용출양상은 Figure 1과 같았다. 팽화왕겨퇴 비를 기비로 시용하였을 때 유효분얼종지기와 최고분 얼기에는 표준시비에 비하여 N H4-N 용출함량이 낮았 다. 이것은 팽화왕겨퇴비의 높은 C / N율로 인하여 유 기물 분해 미생물들이 이를 분해하기 위해 토양 중 질소를 흡수 이용함으로써 유리된 N H4- N이 감소하였 기 때문으로 생각된다. 그러나 유수형성기 이후부터 는 표준시비에 비하여 N H4-N 함량이 점차 증가하기
T r e a t m e n t
S t a n d a r d F e r t i l z a t i o n PRHC 30%+
Urea 40%
PRHC 40%+
Urea 30%
PRHC 50%+
Urea 20%
5 . 8 2 5 . 1 17 4 1 3 9 0 . 2 6 9 . 1 3 . 5 1 2 . 3
5 . 5 2 9 . 5 1 0 0 1 4 6 0 . 3 8 9 . 2 3 . 6 1 2 . 7
5 . 5 3 1 . 1 1 0 2 1 5 0 0 . 3 0 8 . 3 3 . 5 1 3 . 1
5 . 7 2 8 . 5 1 0 4 1 5 1 0 . 3 4 8 . 9 3 . 4 1 3 . 1
C E C M g
C a K
Ex. Cation S i O
2P
2O
5O M p H
1 : 5 g kg
- 1--- mg kg
- 1- - - - --- cmol
ck g
- 1- - - - Table 4. The change of chemical properties by application of PRHC in fluvio-marine plain paddy soil.
Fig. 1. The changes of eluted NH
4-N content in soil at growth
s t a g e s .
시작하였으며 그 정도는 팽화왕겨퇴비 시용량에 비례 하여 증가하였다. 그러나 생육초기의 토양 중 N H4- N 함량의 저하를 최소화 하기 위해서는 부산물퇴비 시 용시 화학비료와 혼용하여 시용하는 등의 시비기술연 구도 필요하다고 생각된다.
시비질소 흡수량과 이용률 팽화왕겨퇴비에 의한 질소비료 대체시 주요 생육시기별 시비질소 흡수량의 변화는 Fig. 2와 같았다. 팽화왕겨퇴비 시용구에서 시 비질소의 흡수량은 초기에는 표준 시비에 비해 다소 낮았으나 출수기 이후로는 증가하는 양상을 보였다.
이와 같이 유효분얼종지기부터 유수형성기까지 질소 흡수량이 낮은 이유는 팽화왕겨 퇴비의 높은 C / N율 로 인하여 토양 미생물들이 질소기아현상을 유도하였 으나 출수기 이후에는 팽화왕겨퇴비의 C / N율이 낮아 짐으로써 질소용출량이 증가하여 생육후기의 흡수량
이 증가된 것으로 생각된다.
주요생육시기별 질소이용률은 보면 전반적으로 표 준시비보다 팽화왕겨퇴비 시용구에서 높았다. 특히, 생육중기인 유수형성기까지는 팽화왕겨 3 0 %시용구에 서 가장 높은 이용률을 보였으며, 출수기 이후에는 시 용량이 많은 5 0 %시용구에서 가장 높았다. 이와 같이 생육중기까지 팽화왕겨의 시용량이 많은 구에서 질소 이용률이 낮은 것은 C / N이 높았기 때문으로 생각되 었다.
수량구성 요소 및 수량성 팽화왕겨퇴비에 의한 질소비료 대체시 수량구성요소 및 수량성은 Table 5 와 같았다. 간장은 표준시비에 비해 팽화왕겨퇴비 시 용에서 짧았으며 수장은 표준시비와 비슷한 길이를 보였다. 그 중에서 팽화왕겨퇴비 4 0 %시용구에서 수장 의 길이가 가장 길게 나타났다. ㎡당립수는 표준시비 에 비해 팽화왕겨 시용구에서 모두 적게 나타났으나
Fig. 2. The uptake amount of nitrogen at growth stages. Fig. 3. The degree of nitrogen use efficiency at growth stages.
T r e a t m e n t Yield
i n d e x Milled rice
y i e l d 1.000-grain weight
of brown rice Percent ripened
g r a i n Grain number
per m
2Panicle
l e n g t h Culm
l e n g t h
c m
× 1 , 0 0 0% g kg 10a
- 1S t a n d a r d
PRHC 30%+
Urea 40%
PRHC 40%+
Urea 30%
PRHC 50%+
Urea 20%
Non Nitrogen L S D ( 5 % ) CV(%)
7 3 . 6 1 8 . 5 3 1 . 5 8 5 . 2 2 1 . 3 5 0 8 1 0 0
6 8 . 0 1 8 . 9 2 7 . 6 8 8 . 3 2 1 . 7 4 6 6 19 2
6 7 . 8 1 8 . 3 2 9 . 5 8 6 . 3 2 1 . 6 4 7 2 19 3
5 9 . 2 1 8 . 0 1 5 . 8 9 1 . 9 2 0 . 9 2 7 1 15 3
4 5 . 8 9 8 . 6 7
6 7 . 0 1 9 . 3 2 9 . 4 8 7 . 1 2 1 . 0 4 9 7 19 8
Table 5. Yield component and rice yield at different treatment.
등숙비율은 팽화왕겨퇴비 시용구에서 약간 높게 나타 났다. 현미천립중의 경우 표준시비와 팽화왕겨퇴비 시용구는 비숫한 무게를 나타내었다. 쌀수량은 표준 시비에 비해 모든 팽화왕겨퇴비 시용구에서 낮았으나 팽화왕겨퇴비 4 0 %시용구에서는 표준시비와 거의 비 슷한 수준의 수량을 보였다. 이와 같이 ㎡당립수가 표 준시비에 비해 적음에도 팽화왕겨 4 0 %시용구에서 표 준시비와 수량이 비슷하게 나타난 것은 등숙비율이 높았고 현미천립중이 표준시비와 거의 같았기 때문으 로 생각된다. 따라서 수량성의 결과로 볼 때 팽화왕겨 퇴비를 기비로 화학비료대체시에는 팽화왕겨를 4 0 % 시용하고 수비로 요소 3 0 %를 시용하는 것이 적정 할 것으로 생각되었다.
적 요
시험에 사용한 팽화왕겨퇴비는 T-N 1.173％, 질소무 기화율 3 3 . 5％, C/N율 3 5 . 4로써 높은 C / N율을 가졌다.
본시험은 전북통의 토양에서 동진 1호를 재배하였으 며 2년간 팽화왕겨퇴비를 시용하였다. 팽화왕겨퇴비 의 시용은 유기물 및 치환성 칼륨 함량을 증가시켰으 며 시용량이 증가할수록 용적밀도 및 공극률이 향상 되는 효과를 나타내었다. 토양 중 N H4-N 용출양상은 최고분얼기 이전까지는 표준시비구에서 높았다. 시비 질소 흡수량은 생육초기 표준시비구에서 많았으나 성 숙기에는 팽화왕겨퇴비 시용구에서 다소 많았으며, 팽화왕겨퇴비 시용구들 간을 비교해 볼 때 생육전반 에 걸쳐 50% 대체구에서 흡수량이 가장 많았다. 질소 이용률은 팽화왕겨퇴비 시용구에서 전반적으로 높은 이용률을 보였다. 쌀수량은 표준시비에 비해 모든 팽 화왕겨퇴비 시용구에서 낮았으나 팽화왕겨퇴비 4 0 % 시용구에서는 표준시비와 거의 비슷한 수준의 수량을 보였다.
인 용 문 헌
